9. Manifestación de la energía y su ley de la conservación


Corresponde a la sesión de GA 7.9 ETERNAMENTE ETERNA

La energía siempre ha existido en el universo, la primera fuente de energía que el hombre tuvo, tiene y tendrá es la del sol, fundamental para la vida y a la vez generadora de otros tipos de energía.

La energía genera un trabajo cuando existe la transformación de una forma de energía en otra, que es la que produce el trabajo; en realidad, porque los distintos trabajos son los que requieren diferentes formas de energía.

La energía puede ser:

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El sol produce luz y calor, por lo tanto existe una manifestación de energía luminosa y calorífica.

Los animales y el hombre al alimentarse de plantas asimilan de ellas la energía que contienen, por medio de procesos químicos que se producen en el interior de sus organismos, permitiendo desarrollar actividades o trabajos, en este caso, se manifiesta la energía química, porque transforma las sustancias alimenticias en funciones bioquímicas.

Al realizar actividades o trabajos como: caminar, correr, brincar, saltar, el hombre y los animales manifiestan la energía mecánica, la cual mientras esté guardada o latente para producir un trabajo se conoce como potencial, y en el momento que se utiliza para realizar la actividad se convierte en cinética.

Las caídas de agua son fuentes de energía mecánica natural y de ellas se aprovecha el hombre para generar electricidad por medio de las plantas hidroeléctricas que instala en estos lugares, manifestándose de esta forma la energía eléctrica en la cual existe un movimiento de electrones.

En algunas ocasiones la energía eléctrica da lugar a vibraciones, las cuales producen sonido y dan lugar a la energía acústica.

Otra forma de energía es la atómica, basada en el aprovechamiento de la energía generada por las transformaciones ocurridas en el núcleo de los átomos. Estas transformaciones reciben los nombres de fisión y fusión nuclear.

La fisión nuclear se presenta de manera natural o artificial, dando por resultado núcleos de masa media, otras partículas y energía.

Durante la fusión nuclear se unen varios núcleos atómicos ligeros para formar núcleos más pesados y estables, durante este proceso también se libera energía.

Trabajo mecánico

Al tratar de mover un objeto pesado se aplica una fuerza y éste recorre una distancia, es decir, se realizó un trabajo mecánico; para que exista éste siempre se requiere de una fuerza y un desplazamiento.

Para obtener la cantidad de trabajo se aplica la fórmula.

W = F•d

donde: W = trabajo

F = fuerza

d = desplazamiento o distancia

La unidad en que se expresa el trabajo es el joule (J), porque la fuerza se mide en newtons (N) y el desplazamiento en metros (m)

come: W = F•d entonces:

W = N•m = joule (J)

Por lo tanto: W = joule

La energía que tiene almacenada un cuerpo so conoce come energía potencial, la cual se representa con Graphics, ésta se relaciona con la masa del cuerpo y la altura a la que se encuentra con respecto a un punto de referencia.

Por lo tanto, la Graphics es mayor cuanto mayor es la masa y la altura a la que se encuentra.

Esta energía se calcula con la fórmula: Graphics = ph donde:

Graphics = energía potencial

p = peso

h = altura

La unidad de medida es el joule (J), porque el peso es una fuerza y se mide en newtons (N) y la altura se expresa en metros (m), quedando:

Graphics = N•m o sea, Graphics = joule

El peso se obtiene multiplicando la masa por la fuerza de gravedad (9.81 m/s²), es decir, p = mg, sustituyendo este valor en la fórmula de energía potencial, queda:

Graphics = mgh

Ejemplo:

¿Cuál es la energía potencial de una roca que tiene una masa de 300 kg y cae de una altura de 5 m?

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Energía cinética

Todo cuerpo en movimiento posee energía cinética (Ec) la cual depende de la masa del cuerpo y de su velocidad.

Ejemplo:

Dos ciclistas con características de masa y peso iguales salen del punto de partida al mismo tiempo, Si uno de ellos llega primero a la meta es porque tiene mayor velocidad, ¿cuál de los dos tiene mayor energía cinética?

El que tiene mayor velocidad.

La unidad en que se expresa la energía cinética es el joule. Para calcular la energía cinética se utiliza la siguiente fórmula:

Graphics = 1/2 m V² o Graphics = mV²/2

donde:

Graphics = energía cinética

m = masa

V = velocidad

Ejemplo:

Se desea conocer la energía cinética de un automóvil que pesa 1 200 kg y que corre a 25 m/s

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Como la cantidad de energía siempre es la misma antes y después de que se desarrolle un fenómeno entonces se puede enunciar la siguiente ley:

"La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma".

La energía puede transformarse de un tipo a otro, por ejemplo, al encender un radio se tiene energía eléctrica, la cual se transforma en energía mecánica y luego en acústica.

A continuación se presenta un esquema de una hidroeléctrica donde se puede apreciar a transformación de la energía.

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Potencia

La rapidez con que se realiza un trabajo se conoce como potencia, ésta se puede obtener por medio de las siguientes expresiones:

P = W/t

P = F • d/t

P = F • V

donde:

P = potencia, W = trabajo, t = tiempo, F = fuerza, d = distancia, V = velocidad

Su unidad es el watt (W) que es igual a:

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Dos múltiplos muy utilizados son:

kilowatt (kW) = 1 000 watts

megawatt (MW) = 1 000 000 watts

que generalmente se usan para expresar la potencia eléctrica.

Para expresar la potencias mecánica es más usual utilizar a unidad denominada caballo de fuerza (hp) cuyas equivalencias son:

1 hp = 746 W = 0.746 kW

1 kW = 1.34 hp

Por ejemplo: una máquina efectúa un trabajo de 7 850 joules en 5 minutos.

a) Encuéntrese la potencia requerida.

b) ¿Cuál es la potencia en caballos de fuerza? 1 hp = 746 W

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